[論文レビュー] Strangeons constitute strong matter in bulk: To test using GW170817

Xiaoyu Lai, Enping Zhou+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2018

Atomic and Subatomic Physics Research被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、パulsarに類似したコンパクト星が奇妙クォーク対称性を持つクォーククラスターである「ストレンジオン星」であると提唱し、その状態方程式（EOS）をLennard-Jonesモデルで記述している。多数のLennard-Jones EOSモデルがGW170817の潮汐歪み制約を満たしており、広い許容可能なパラメータ空間を示しており、今後の重力波観測データによりモデルがさらに制約を受けると予想される。

ABSTRACT

The fundamental strong interaction determines the nature of pulsar-like compact stars which are essentially in the form of strong matter in bulk. From an observational point of view, it is proposed that strong matter in bulk could be composed of strangeons, i.e. quark-clusters with there-light-flavor symmetry of quarks, and therefore pulsar-like compact objects could actually be strangeon stars. The equation of state (EOS) of strangeon stars is described in a Lennard-Jones model for the purpose of constraining the EOS by both the tidal deformability $\Lambda$ of GW~170817 and $M_{ m TOV}$. It is found that the allowed parameter space is quite large as most of the Lennard-Jones EOS models satisfy the tidal deformability constraint by GW170817. The future GW detections for smaller values of $\Lambda$ and mass measurement for larger values of $M_{ m TOV}$ will help a better constraint on the strangeon star model.

研究の動機と目的

• 強い物質の塊が、すなわち奇妙クォーク対称性を持つクォーククラスターであるストレンジオンで構成可能かどうかを調査すること。
• Lennard-Jonesポテンシャルフレームワークを用いてストレンジオン星の状態方程式（EOS）をモデル化すること。
• GW170817の観測データ、特に潮汐歪み（Λ）と最大質量（M_TOV）を用いてストレンジオン星モデルを制約すること。
• 現在の重力波観測の範囲内でストレンジオン星仮説の妥当性を評価すること。
• ストレンジオン星モデルをさらに検証・精緻化できる将来の観測対象を特定すること。

提案手法

• 密度の高い塊状物質におけるストレンジオン間の相互作用エネルギーをLennard-Jonesポテンシャルでモデル化すること。
• Lennard-Jonesモデルからストレンジオン星の状態方程式（EOS）を導出し、その熱力学的および力学的性質を記述すること。
• 異なるLennard-Jonesパラメータセットの下でストレンジオン星の潮汐歪み（Λ）と最大質量（M_TOV）を計算すること。
• 予測されたΛおよびM_TOV値がGW170817観測からの制約と一致するかを比較すること。
• GW170817の制約を満たすパラメータ空間の割合を評価し、モデルの妥当性を検証すること。
• より小さいΛおよびより大きなM_TOVを想定した、将来の重力波検出の改善に基づく制約の予測を行うこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ストレンジオン星のLennard-Jonesモデルは、GW170817で観測された潮汐歪み（Λ）を再現できるか？
• RQ2 ストレンジオン星のLennard-Jonesパラメータ空間のうち、GW170817の潮汐歪み制約を満たす割合はどの程度か？
• RQ3 ストレンジオン星の最大質量（M_TOV）は、パulsarに類似したコンパクト星の観測制約とどのように比較されるか？
• RQ4 どのような将来の重力波観測が、ストレンジオン星モデルを最も効果的に制約するか？
• RQ5 ストレンジオン星仮説は、GW170817の現在のマルチメッセンジャデータと整合性を持っているか？

主な発見

• ストレンジオン星のLennard-Jones状態方程式モデルの大多数が、GW170817から導かれた潮汐歪み制約を満たしている。
• ストレンジオン星の許容パラメータ空間は広く、現在のGW170817データと広く整合している。
• ストレンジオン星の最大質量（M_TOV）は、観測されたパulsarに類似したコンパクト星の質量と一致している。
• 将来的に、より小さい潮汐歪み（Λ）値を持つ重力波検出が、モデルの制約をより厳しくする。
• 質量がより大きなコンパクト星の質量測定が向上すれば、ストレンジオン星モデルの上限をさらに検証できる。
• 現在のデータではストレンジオン星仮説は排除されていないが、特徴的なパラメータセットを一意に同定するには至っていない。